Lux-Zeplin: Detektor für dunkle Materie entsteht im Bergwerk

Gut eim Viertel des Universums besteht aus Materie, die nicht sichtbar ist. In den USA wird gerade in einer stillgelegten Goldmine der Detektor Lux-Zeplin gebaut. Damit wollen Wissenschaftler dunkle Materie erfassen.

Artikel veröffentlicht am 4. November 2019, 12:02 Uhr, Werner Pluta

LZ-Kryostat wird in den Schacht abgelassen: 10 Tonnen flüssiges Xenon (Bild: Nick Hubbard/Sanford Underground Research Facility)

Die Wahrheit ist dort draußen - und Wissenschaftler wollen sie mit Hilfe eines unterirdischen Detektors finden: In einer alten Goldmine im US-Bundesstaat South Dakota wird gerade ein wissenschaftliches Instrument aufgebaut, das dunkle Materie erfassen soll.

Lux-Zeplin (LZ) wird unter der Erdoberfläche auf dem Gelände der Sanford Underground Research Facility in Lead eingerichtet. Damit wollen die Forscher schwach wechselwirkende, massereiche Teilchen, sogenannte Wimps (von: weakly interacting massive particles), aufspüren, die kaum mit Materie interagieren.

Kernstück des LZ ist ein Kryostat, ein Gefäß, das mit flüssigem Xenon gefüllt wird. Er besteht aus hochreinem Titan und wiegt rund 2,2 Tonnen. In der vergangenen Woche wurde der 2,7 Meter große Kryostat knapp 1,5 Kilometer tief in das Bergwerk gebracht und installiert. Um sicherzustellen, dass er unbeschädigt unten ankommt, wurde der Transport zuvor zwei Mal mit einem Dummy geprobt.

Als Nächstes werden um den Kryostat herum zwei weitere Flüssigkeitstanks errichtet sowie Isolierschichten angebracht. Wenn der Aufbau beendet ist, soll der Kryostat mit zehn Tonnen Xenon gefüllt werden, das auf minus 100 Grad Celsius gekühlt wird. Wenn Wimps den Kryostaten durchqueren und dabei mit den Xenon-Atomen kollidieren, sollen Lichtblitze entstehen, die sich messen lassen.

Unterirdische Detektoren, mit denen Wissenschaftler nach ungewöhnlicher Materie suchen, gibt es verschiedene. Der bekannteste dürfte Ice Cube sein. Die Anlage im ewigen Eis der Antarktis besteht aus 5.160 Detektoren in Glaskugeln, die sich 1,5 bis 2,5 Kilometer tief im Eis befinden und Neutrinos nachweisen sollen.

Aber auch in der Homestake Mine, in der jetzt der LZ entsteht, gibt es bereits einen Wimp-Detektor, das Large Underground Xenon Experiment (Lux). Allerdings soll LZ deutlich empfindlicher sein als sein Vorgänger. An dem Projekt sind über 200 Wissenschaftler von knapp 40 Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt beteiligt. LZ soll voraussichtlich im Juli kommenden Jahres in Betrieb genommen werden.

Etwa ein Viertel des Universums besteht aus der dunklen Materie. Sie ist nicht sichtbar, aber wirkt durch ihre Gravitation.